自由意志真的存在嗎？利貝特誕辰│科學史上的今天：4/12

本文與  益福生醫 合作，泛科學企劃執行

昨晚，你又在床上翻來覆去、無法入眠了嗎？這或許是現代社會最普遍的深夜共鳴。儘管換了昂貴的乳膠枕、拉上百分之百遮光的窗簾，甚至在腦海中數了幾百隻羊，大腦的那個「睡眠開關」卻彷彿生鏽般卡住。這種渴望休息卻睡不著的過程，讓失眠成了一場耗損身心的極限馬拉松 。

皮質醇：你體內那位「永不熄滅」的深夜警報器

要理解失眠，我們得先認識身體的一套精密防衛系統：下視丘-垂體-腎上腺軸（HPA axis） 。這套系統原本是演化給我們的禮物，讓我們在面對劍齒虎或突如其來的危險時，能迅速進入「戰鬥或快逃」的備戰狀態。當這套系統啟動，腎上腺就會分泌皮質醇 (壓力荷爾蒙)，這種荷爾蒙能調動能量、提高警覺性，讓我們在危機中保持清醒 。

然而，現代人的「劍齒虎」不再是野獸，而是無止盡的專案進度、電子郵件與職場競爭。對於長期處於高壓或高強度工作環境的人們來說，身體的警報系統可能處於一種「切換不掉」的狀態。

在理想的狀態下，人類的生理時鐘像是一場精確的接力賽。入夜後，身體會進入「修復模式」，此時壓力荷爾蒙「皮質醇」的濃度應該降至最低點，讓「睡眠荷爾蒙」褪黑激素（Melatonin）接棒主導。褪黑激素不僅負責傳遞「天黑了」的訊號，它還能抑制腦中負責維持清醒的食慾素（Orexin）神經元，幫助大腦順利關閉覺醒開關。

然而，當壓力介入時，這場接力賽就會變成跑不完的馬拉松賽。研究指出，長期的高壓環境會導致 HPA 軸過度活化，使得夜間皮質醇異常分泌。這不僅會抑制褪黑激素的分泌，更會讓食慾素在深夜裡持續活化，強迫大腦維持在「高覺醒狀態（Hyperarousal）」。 這種令人崩潰的狀態就是，明明你已經累到不行，但大腦卻像停不下來的發電機！

長期的睡眠不足會導致體內促發炎細胞激素上升，而發炎反應又會進一步活化 HPA 軸，分泌更多皮質醇來試圖消炎，高濃度的皮質醇會進一步干擾深層睡眠與快速動眼期（REM），導致睡眠品質變得低弱又破碎，最終形成「壓力－發炎－失眠」的惡行循環。也就是說，你不是在跟睡眠上的意志力作對，而是在跟失控的生理長期鬥爭。

從腸道重啟好眠開關：PS150 菌株如何調校你的生理時鐘

面對這種煞車失靈的失眠困局，科學家們將目光投向了人體內另一個繁榮的生態系：腸道。腸道與大腦之間存在著一條雙向通訊的高速公路，這就是「菌-腸-腦軸 (Microbiome-Gut-Brain Axis, MGBA)」，而某些特殊菌株不僅能幫助消化、排便，更能透過神經與內分泌途徑與大腦對話，直接參與調節我們的壓力調節與睡眠節律。這種菌株被科學家稱為「精神益生菌」（Psychobiotics）。

在眾多研究菌株中，發酵乳桿菌 Limosilactobacillus fermentum PS150 的表現格外引人注目。PS150菌株源於亞洲益生菌權威「蔡英傑教授」團隊的專業研發，累積多年功能性菌株研發經驗的科學成果。針對臨床常見的「初夜效應」（First Night Effect, FNE），也就是現代人因出差、換床或環境改變導致的入睡困難，俗稱認床。科學家在進行實驗時發現，補充 PS150 菌株能顯著恢復非快速動眼期（NREM）的睡眠長度，且入睡更快，起床後也更容易清醒。更重要的是，不同於常見的藥物助眠手段（如抗組織胺藥物 DIPH）容易造成快速動眼期（REM）剝奪或導致睡眠破碎化，PS150 菌株展現出一種更為「溫和且自然」的調節力，它能有效縮短入睡所需的時間，並恢復睡眠中代表深層修復的「Delta 波」能量。

科學家發現，即便將 PS150 菌株經過特殊的熱處理（Heat-treated），轉化為不具活性但保有關鍵成分的「後生元」（Postbiotics），其生物活性依然能與活菌媲美 。HT-PS150 技術解決了益生菌在儲存與攝取過程中容易失去活性的痛點，讓這些腸道通訊員能更穩定地發揮作用 。

在臨床實驗中，科學家觀察到一個耐人尋味的現象：當詢問受試者的主觀感受時，往往會遇到強大的「安慰劑效應」，無論是服用 HT-PS150 還是安慰劑的人，主觀上大多表示睡眠變好了。這種「體感上的進步」有時會掩蓋真相，讓人分不清是心理作用還是真實效益。

然而，客觀的生理數據（Biomarkers）卻揭開了關鍵的差異。在排除主觀偏誤後，實驗數據顯示 HT-PS150 組有更高比例的人（84.6%）出現了夜間褪黑激素分泌增加，且壓力荷爾蒙（皮質醇）顯著下降，這證明了菌株確實啟動了體內的睡眠調控系統，而不僅僅是心理安慰。

最值得關注的是，對於那些失眠指數較高（ISI ≧ 8）的族群，這種「生理修復」與「主觀體感」終於達成了一致。這群人在補充 HT-PS150 後，不僅生理標記改善，連原本嚴重困擾的主觀睡眠效率、持續時間，以及焦慮感也出現了顯著的進步。

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重新定義深層睡眠：構建全方位的深夜修復計畫

睡眠從來就不只是單純的休息，而是一場生理功能的全面重整。想要重獲高品質的睡眠，關鍵在於為自己建立一個全方位的修復生態系。

這套系統的基石，始於良好的生活習慣。從減少睡前數位螢幕的干擾、優化室內環境，到作息調整。當我們透過規律作息來穩定神經系統，並輔以現代科學對於 PS150 菌株的調節力發現，身體便能更順暢地啟動睡眠開關，回歸自然的運作節律。

與其將失眠視為意志力的抗爭，不如將其看作是生理機能與腸道微生態的深度溝通。透過生活作息的調整與科學實證的支持，每個人都能擁有掌控睡眠的主動權。現在就從優化生活型態開始，為自己按下那個久違的、如嬰兒般香甜的關機鍵吧。

本文由 肺纖維化(菜瓜布肺)社團衛教 合作，泛科學撰文

在現代醫學的警示清單裡，乳癌、大腸癌這些疾病大家都不陌生；但有一個「隱蔽且致命」的威脅卻常被忽視，那就是「肺纖維化」。其中最常見的類型「特發性肺纖維化」（IPF），其預後往往不太樂觀，確診後的五年存活率甚至比許多常見的癌症還低。

首先，我們得先破解一個迷思：肺纖維化並不是單一疾病，而是許多種間質性肺病的共同表現。當我們聽到「肺纖維化」，腦中常浮現「菜瓜布肺」的形象，患者的肺部外觀充滿一個個空洞與疤痕，像極了乾燥的絲瓜。這精準描繪了肺部組織逐漸硬化、失去彈性的過程。

更重要的是，IPF 這類肺纖維化的威脅在於「不可逆」的特性，一旦形成就很難逆轉。這跟部分 COVID-19 康復者身上、仍有機會復原的肺纖維化，是兩種完全不同的概念。

肺部為何會變成「菜瓜布」？

為什麼好端端的肺會變成菜瓜布？這其實是一場身體修復機制失控的結果。

「纖維化」的組織，就是肺部間質組織（interstitium）的疤痕化。間質是圍繞在肺泡周圍，包含血管與支持肺部結構的結締組織。在正常情況下，肺部損傷後會啟動修復機制，並再生健康組織。但在肺纖維化的患者體內，這套修復機制卻「當機」了。

身體會不斷地發出訊號，導致負責修復工作的「纖維母細胞」（fibroblasts）被過度活化，進而失控地沉積膠原蛋白疤痕組織，最終在肺部形成永久性的纖維化。

科學家發現，這個過程之所以棘手，在於它是一個「惡性循環」，肺部同時存在著「發炎反應」與「纖維化」這兩條路徑 ，它們相互加乘，演變成難以阻斷的強大破壞力。

雖然特發性肺纖維化 (IPF) 的具體成因不明 ，但已知某些特定族群的風險更高。例如抽菸，特定年齡與性別(50歲以上男性)、長期暴露於粉塵環境的工作者(農業、畜牧業、採礦業…)、胃食道逆流者。此外，患有自體免疫疾病（如類風濕性關節炎、乾燥症、硬皮症、皮肌炎/多發性肌炎，）的患者，他們併發肺纖維化的機率遠高於一般人，必須特別警覺。

打斷惡性循環的挑戰，為何只對抗「纖維化」還不夠？

面對這個不可逆的疾病，醫學界長年束手無策，直到 2014 年才迎來一道曙光。美國 FDA 批准了兩種機制不同的新藥：Nintedanib 和 Pirfenidone。這兩種藥物的出現是治療史上的分水嶺，首度被證實能夠「延緩」IPF 患者肺功能的惡化速度。

然而，這場戰役尚未結束。現有的治療雖然帶來了希望，卻也凸顯了「未被滿足的醫療需求」。從機制上來看，這些藥物主要抑制的是「纖維化路徑」。

這讓科學界開始思考這個未被滿足的棘手問題：既然疾病的本質是「發炎」與「纖維化」的雙重打擊，那麼，我們是否能找到「同時抑制」這兩條路徑的全新策略，從而更有效地打斷這個惡性循環？

找到同時調控「發炎」與「纖維化」的新靶點

為了解決難題，科學家將目光鎖定在一個細胞內的酵素：磷酸二酯酶 4B（PDE4B）。

為什麼鎖定它？讓我們看看它的「雙重作用」機制：

1. 關鍵位置： PDE4B 同時存在於免疫細胞（與發炎有關）與纖維母細胞（與纖維化有關）當中。
2. 作用機制： PDE4B 的主要工作是降解細胞內一種叫 cAMP（環磷酸腺苷） 的訊號分子。cAMP 可以被視為細胞內的「穩定信號」。
3. 雙重抑制： 當我們使用藥物抑制了 PDE4B 的活性，細胞內的 cAMP 就不會被分解，濃度會隨之升高。高濃度的 cAMP 能穩定免疫細胞和纖維母細胞，同時產生抗發炎與抗纖維化的雙重效應。

簡單來說，鎖定並抑制 PDE4B，就像是同時抑制了免疫風暴與纖維化的工程，有望從雙從抑制打擊這個惡性循環。

全球臨床試驗帶來的新希望

近十年來，全球在肺纖維化領域投入了大量的臨床試驗，我們相信，在科學家逐步破解肺纖維化惡性循環的複雜難題後，期盼未來能為無數患者爭取到更安全、健康的生活與未來。

最後，我們必須再次提醒，特發性肺纖維化（IPF）與漸進性肺纖維化（PPF）是極具破壞性、且不可逆的疾病。面對這個比癌症更致命的對手，雖然現有的治療手段能延緩惡化，但無法逆轉已經形成的肺部疤痕組織，因此「早期診斷、早期治療」仍是對抗肺纖維化最重要的黃金時刻。

你應該看過一些圖，例如「旋轉的舞者」或「前進的騎士」，聽說這些圖可以判斷你是左腦人還是右腦人。

然而這些傳聞可能純屬謠言，或說是偽科學。因為一來，僅要你判斷舞者或騎士方向，無法確認你擅長用左腦還是右腦；二來不管你進行的是理性的思考，還是感性的創意，兩側的大腦都要同時使用。不管科不科學，所謂的左腦右腦開發，恐怕是史上最廣為流傳的心理學迷思吧！

正常人左右腦之間，會透過胼胝體（corpus callosum）來溝通訊息。可是，在醫療倫理未像今天這樣良好建立的時代，神經外科醫師會為癲癇病患進行一種手術，把胼胝體咔嚓切掉，讓大腦不正常的同步放電侷限在一個腦半球，減輕癲癇發作時的症狀。

胼胝體被咔嚓掉的病患，日常生活裡的人格、認知和心理，似乎沒啥重大改變，直到加州理工學院的羅傑．斯佩里（Roger W. Sperry，1913－1994）和他的學生找來裂腦人進行一系列設計巧妙的實驗，發現阻斷左右腦之間的互通有無、讓左右腦不知道另一個腦半球在想啥，會產生不少有趣的實驗結果，也揭露出腦功能側化（Lateralization of brain function）的發現。

當左右腦不能溝通，會發生什麼事？

羅傑．斯佩里因裂腦人的研究榮獲 1981 年諾貝爾生理醫學獎，當時功勞最大的學生是葛詹尼加（Michael S. Gazzaniga），他們共同在加州理工設計一系列實驗，探討裂腦人在語言、視覺和運動上的變化，透過那些實驗，他們發現一些神經認知過程，有左右腦功能側化的現象，也就是主要會由一個腦半球掌管。

此外，他們也發現左腦主要負責說話和語言能力，右腦主要掌管空間和面部辨識。在裂腦人左右腦無法溝通的情況下，研究人員分別讓左右眼觀看不同圖像，實驗者居然可以掰出自以為合理的解釋，例如給右腦看一個雪鏟，左腦看雞爪，實驗者分別用左手指著雪鏟、右手指著雞爪，說鏟子是用來清雞糞的。

裂腦研究的啟示是，大腦並不像學界曾經認定的同質化處理信息，相反的，腦組織會特化成不同模組和迴路來進行特化功能。

這個啟示是個典範轉移，因為當時美國心理學界主導的是行為主義，主張心理學應該研究「可以被觀察和直接測量的行為」，反對研究「沒有科學根據的意識」。

可是葛詹尼加創意的認知神經科學，卻開啟了對意識的科學研究，也因為認識到腦是由不同模組和迴路組成的，葛詹尼加在《我們真的有自由意志嗎？》（Who’s in Charge？: Free Will and the Science of the Brain）一書中主張：腦中沒有一個主導的命令中心，「自我」和「自由意志」都是幻覺，意識是腦整體平行而分散地運作下由「解譯器」產生的（詳情請參見《我們真的有自由意志嗎？》）。

一窺腦科學家的科學與人性面

《切開左右腦：葛詹尼加的腦科學人生》（Tales from Both Sides of the Brain: A Life in Neuroscience）是羅傑．斯佩里高徒葛詹尼加的自傳。葛詹尼加除了是位優異的學者，也相信科學家必須和社會大眾溝通，所以也寫了《大腦、演化、人》（Human: The Science behind What Makes Us Unique）、《社交大腦》（The Social Brain）、《心智問題》（Mind Matters）、《自然界的心智》（Nature’s Mind）、《倫理的腦》（The Ethical Brain）、《我們真的有自由意志嗎？》等科普書。

葛詹尼加的教職經歷很豐富，曾兩度在他的母校達特茅斯學院（Dartmouth College）任教，也兩度待過加州大學聖塔巴巴拉分校，還有在筆者我的母校加州大學戴維斯分校創立的神經科學研究中心，中間還待過紐約大學、紐約州立大學石溪分校、康乃爾大學醫學院等。此外，他創辦了《認知神經科學期刊》，還創建了認知神經科學學會。

《切開左右腦》中，葛詹尼加描述他們研究的進行過程以及科學上的意義。他一開始主要的研究是透過裂腦人進行，隨著技術的進步，他們可以利用更先進的儀器探討大腦功能，如 CT、fMRI、PET、SPECT、MEG 等等，非專家的讀者不見得需要知道這些縮寫的詳細內容，但這般在技術上與時俱進，對科學研究而言是非常重要的。

他也談到生活中相關的決定，如搬家、婚姻、旅行等等，在《切開左右腦》中讓人見識到頂尖科學家的人性層面；另外還有在團隊、期刊、學會、研討會和研究單位創建等過程中，他如何和許多學者、甚至是媒體人及政治家建立了深厚友誼，以及受到許多貴人的相助，可以看出科學研究不是單打獨鬥，人緣好也是很重要的。

整本書，完全沒有談到 KPI、SCI 和期刊論文點數，只有對研究旺盛強烈的好奇心，不像今天亞洲多國學者在政府搞不清楚狀況下，被套牢在拚論文篇數和點數的困境裡；何況從書中葛詹尼加多次在不同大學院校擔任主管、和上層應對打交道的經驗來看，愈有效率的方式往往是愈有彈性的，被一大堆規定綁死、疲於和官僚打交道，只會扼殺一流的創意、製造二流的成果。

如果你對腦科學和神經科學感興趣，《切開左右腦》是本必讀讀物。而如果是想要獻身科學研究或者只想要瞭解相關工作，《切開左右腦》同樣是本很好的參考讀物！

本文原刊登於閱讀最前線【GENE 思書軒】，並同步刊登於 The Sky of Gene。

我們有自由意志嗎？儘管有時我們會有不假思索的本能反應，儘管有時我們會受情緒影響而做出不理性的行為，儘管有時我們會因生存壓力而被迫做出不得已的選擇，但無論如何，大體而言我們仍相當確定「我」是自己的主人，我的行為是源自我的自由意志。然而，美國心理學家利貝特 (Benjamin Libet) 在 1980 年代所做的實驗卻動搖了這個基本信念。

利貝特讓受試者戴上可以偵測腦電圖的電極，然後看著前方電腦螢幕上的時鐘，時鐘刻度上有個圓點會以順時針的方向繞行鐘面，受試者可隨時按下按鈕，但要在決定按下去的那一剎那記住圓點所在位置，利貝特就可以據此知道受試者何時做了按鈕的決定。平均而言，大腦下決定之後隔 0.2 秒手才有動作，這並不奇怪，畢竟神經訊號從大腦傳遞到手本來就需要時間。但奇怪的是，利貝特發現早在受試者按鈕的 0.5 秒之前，腦電圖就己經偵測到受試者打算按鈕的「準備電位」(readiness potential)。也就是說，在你想說：「好，就這時候按！」之前，其實你的大腦早就已經做好決定了。

利貝特改用彎曲手指或轉動手腕的方式來實驗，所得到的結果也都一樣。我們以為是自己有意識地做了選擇，其實這個選擇在我們毫不知情之下早就被決定了！這麼說來，所謂自由意志只是一種幻覺嗎？只是事後為了將大腦的神經活動合理化的自圓其說嗎？難道我們只是神經科學家哈里斯 (Sam Harris) 所形容的「生化傀儡」嗎？

這個實驗結果帶來的衝擊甚至遠甚於道金斯的「自私的基因」理論，畢竟我們原本還能寄望於自由意志可以掙脫基因施加於我們身上的先天桎梏。一旦連自由意志都是假的，那麼笛卡兒說的「我思故我在」又有何意義？

利貝特的實驗挑起的議題畢竟太具爭議性，一方面啟發許多神經科學家用更先進的儀器與方法重做利貝特的實驗，一方面也引發許多哲學家以不同觀點詮釋這些實驗結果。無論如何，對於自由意志的繼續深入挖掘與多方面的研究探討，總是有助於我們更加了解自己，而找出安身立命之道。

本文同時收錄於《科學史上的今天：歷史的瞬間，改變世界的起點》，由究竟出版社出版。